Praktičnost trajnega magneta lahko ocenimo po stabilnosti remanenceBr, intrinzična prisilaHcj, in izdelki z največjo energijsko vrednostjo(BH)makspod zunanjimi pogoji. Magnet z višjoBrlahko ponudi močnejšo magnetno poljsko jakost, potem pa višjoHcjlahko služi veliko boljši sposobnosti proti motnjam. Vrednost(BH)makspredstavlja sposobnost trajnega magneta, da zagotavlja magnetostatično energijo. To je razvidno iz spodnje slike, visoko(BH)maksmagnet lahko zagotovi enako jakost magnetnega polja z manjšo porabo, potem je zgodovina razvoja trajnega magneta v bistvu proces iskanja višje zmogljivosti.
Večina elementov redkih zemelj lahko tvori RE2Fe14B spojina z Fe in B ter Nd2Fe14Spojina B ima največjo nasičeno magnetizacijo in funkcionalno polje magnetokristalne anizotropije med temi RE2Fe14B spojine. Poleg tega je rezervna količina neodija v zemeljski skorji razmeroma velika, kar lahko ohranja stabilnost dobavne verige in stroškovno prednost.
Številna opazovanja mikrostrukture kažejo, da obstaja šest faz v sintranih neodimovih magnetih, nato Nd2Fe14Glavna faza B in faza, bogata z Nd, sta najbolj znani zaradi svojih učinkov na magnetno delovanje. Nd2Fe14Glavna faza B je edina trda magnetna faza v sintranem magnetu in njen volumski delež določaBrin(BH)maksiz zlitine Nd-Fe-B. Faza, bogata z Nd, igra ključno vlogo pri magnetnem utrjevanju sintranih neodimovih magnetov. Njegova sestava, struktura, porazdelitev in morfologija so zelo občutljivi na pogoje procesa. Faza, bogata z Nd, je prednostno v obliki plastne strukture in neprekinjeno porazdeljena v mejnih območjih zrn.
Izboljšanje koercitivnosti sintranih neodimovih magnetov
Vetrni generator, novo energetsko vozilo, energijsko varčni gospodinjski aparati in najnovejši mobilni inteligentni terminal zahtevajo sintrane neodimove magnete, ne samo, da imajo visoko(BH)maks, ampak imajo tudi nadrejenoHcj. Vedno je pomembna težava, ki jo je treba izboljšatiHcjmedtem ko še vedno ohranja visokoBrin(BH)maks.
Na notranjo koercitivnost sintranih neodimovih magnetov vplivata predvsem mikrostruktura in sestava. Optimizacija mikrostrukture se osredotoča na prečiščenost zrn in izboljša porazdelitev faze, bogate z Nd. Sestavo je mogoče optimizirati z dodajanjem drugih elementov za izboljšanje polja magnetokristalne anizotropije zrna glavne faze. Obstaja pozitivna povezava med koercitivnostjo sintranih neodimovih magnetov in poljem magnetokristalne anizotropije zrna glavne faze. To pomeni, da višje kot je polje magnetokristalne anizotropije zrna glavne faze, večja je koercitivnost sintranih neodimovih magnetov. HAod Dy2Fe14B in Tb2Fe14B so precej višje od Nd2Fe14B, potem bo dodajanje majhnih količin elementa Dy ali Tb za zamenjavo atoma Nd v rešetki glavne faze nastalo (Nd, Dy)2Fe14B ali (Nd, Tb)2Fe14B z višjim HAki lahko učinkovito izboljša notranjo prisilo. Pogosto uporabljene metode dodajanja vključujejo tradicionalni postopek legiranja, postopek modifikacije mej zrn in postopek difuzije mej zrn.
Postopek legiranja
Postopek legiranja se nanaša na dodajanje določenega deleža HREE Dy ali Tb surovini sintranih neodimovih magnetov, nato pa vsi elementi pokažejo homogenizacijo sestave skozi proces taljenja. Mehanizem prisile sintranih neodimovih magnetov kaže, da se obrnjena magnetna domena nagiba k nukleaciji na mejnih območjih glavne faze, enakomerna porazdelitev HREE pa bo povzročila zapravljanje virov in povišanje stroškov. Predvsem bo antiferomagnetno spajanje med atomi Fe in atomi Dy povzročilo resen učinek magnetnega redčenja in se znatno poslabšaloBrin(BH)maks.
Postopek spreminjanja meja zrn
Da bi izboljšali razmerje izkoriščenosti HREE in preprečili učinek magnetnega redčenja, je predlagan postopek modifikacije meja zrn. Prvič, proizvodnja procesa modifikacije meja zrn Nd2Fe14Glavna zlitina B in pomožna zlitina, bogata s HREE, nato stiskanje in sintranje po mešanju dveh zlitin v skladu z določenim deležem. Dy in Tb bosta med postopkom sintranja difundirala v glavno fazno zrno od meje zrn in tako oblikovala (Nd, Dy)2Fe14B ali (Nd, Tb)2Fe14B plasti za magnetno utrjevanje na mejnih območjih glavne faze in s tem zmanjšajo nukleacijo obrnjene magnetne domene. Celo postopek spreminjanja meja zrn je spodbudil razmerje izkoriščenosti ali HREE, HREE še vedno neizogibno obstaja v notranjosti zrna glavne faze in povzroča učinek magnetnega redčenja. Postopek spreminjanja mej zrn ima razsvetljujoč pomen za poznejši proces difuzije meja zrn.
Proces mejne difuzije zrn
Proces difuzije na zrnatih mejah se začne z uvedbo plasti HREE na površino magneta, nato pa doživi vakuumsko toplotno obdelavo nad tališčem faze, bogate z Nd. Zato element HREE difundira v magnet vzdolž meja zrn in tvori (Nd, Dy, Tb)2Fe14B struktura jedro-lupina okoli zrna glavne faze. Potem se bo polje anizotropije glavne faze povečalo, medtem pa bo faza meje zrn postala bolj zvezna in ravna, kar bo oslabilo magnetno izmenjevalno sklopitev med glavnima fazama. Najpomembnejša značilnost procesa difuzije na zrnatih mejah je omogočanje povečanja magnetaHcjob hkratnem ohranjanju visokegaBr. V nasprotju s postopkom legiranja elementom HREE ni treba vstopiti v glavno fazo, kar povzroči veliko zmanjšanje količine HREE in stroškovne cene pri običajnih sintranih neodimovih magnetih z visoko koercitivnostjo. Grain boundary je prav tako sposoben izdelati nekatere nove vrste, ki si jih prej ni bilo mogoče zamisliti s postopkom legiranja, kot sta N54SH in N52UH.
Po postopku strojne obdelave bo izvedena difuzijska obdelava na mejah zrn. Plast HREE je mogoče pridobiti z razprševanjem, fizičnim naparjevanjem (PVD), elektroforezo in termičnim izparevanjem.
Omejitve postopka zrnate mejne difuzije
Postopek difuzije na mejah zrn je v glavnem omejen z debelino magneta, stopnja povečanja intrinzične koercitivnosti pa se zmanjšuje, ko se debelina povečuje. Zvišanje temperature difuzije ali podaljšanje časa difuzije lahko poveča globino in koncentracijo razpršenega HREE, nato pa spodbudi volumski delež strukture jedro-lupina HREE. Vendar pa bosta čezmerna difuzijska temperatura in čas povzročila rast zrn glavne faze, medtem pa se bosta spremenili tudi fazna struktura in porazdelitev faze, bogate z Nd.
